JP4759226B2 - Tube expansion tool and tube expansion method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、エアコンおよび冷凍空調機器に用いられるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造に際し、熱交換器に使用される金属管の拡径に用いる拡管用工具およびそれを使用した拡管方法に係り、特に、多数の溝および溝間に形成されたフィンをその内面に有する内面溝付管の拡径に用いる拡管用工具およびそれを使用した拡管方法に関する。 The present invention relates to a tube expansion tool used for expanding the diameter of a metal tube used in a heat exchanger and a tube expansion method using the same in the production of a plate fin tube type heat exchanger used in an air conditioner and a refrigeration air conditioner. In particular, the present invention relates to a tube expansion tool used for expanding the diameter of an internally grooved tube having a large number of grooves and fins formed between the grooves, and a tube expansion method using the same.
従来、熱交換器の製造、および、その際の金属管(内面溝付管)の拡管作業は、以下のように行われていた。図8に示すように、拡管用工具30として、内面溝付管1の内径より大きい外周面を有する拡管ビュレット32と、この拡管ビュレット32の後端部に接続されたマンドレル31とを備えたものが使用され、まず、複数の平行に配置されたフィンプレート11の貫通穴11aに内面溝付管1を挿入する。次に、この拡管用工具30を内面溝付管1内に圧入する。これによって、内面溝付管1が拡管して、内面溝付管1とフィンプレート11との間のクリアランスCがなくなり、内面溝付管1とフィンプレート11との密着性が高まる。次に、拡管用工具30を内面溝付管1から取り出す。これによって、内面溝付管1とフィンプレート11とが隙間なく接合した熱交換器が製造される。
Conventionally, the manufacture of a heat exchanger and the expansion work of a metal tube (inner grooved tube) at that time have been performed as follows. As shown in FIG. 8, the
そして、エアコンの高性能化(COP向上)と低価格化に伴い、熱交換器用の内面溝付管には、高性能化及び軽量化が要求され、その溝形状が高リード・ハイフィン・スリムフィン化されてきている。このような高リード・ハイフィン・スリムフィン化された溝形状を有する内面溝付管においては、内面溝付管の拡管の際、図8に示すように、拡管ビュレット32の外周面32aの半径Rが小さいため、内面溝付管1の外径が急激に拡大される。これによって、内面溝付管1のフィン3と拡管ビュレット32との摩擦力が大きくなり、フィン3に変形が生じ易く、内面溝付管(熱交換器)の伝熱性能が低下するという問題があった。
And along with higher performance (COP improvement) and lower cost of air conditioners, inner grooved pipes for heat exchangers are required to have higher performance and lighter weight, and the groove shape has high leads, high fins, slim fins. It is becoming. In such an internally grooved tube having a groove shape that is formed into a high lead, high fin, and slim fin, when expanding the internally grooved tube, as shown in FIG. 8, the radius R of the outer
また、炭酸ガスなどの高圧冷媒が使用される内面溝付管として、管の肉厚が厚肉の内面溝付管が使用され始めている。このような内面溝付管は、管の底肉厚が厚くなり、熱交換器の製造に際し、内面溝付管の拡管荷重が過大となり、管内面のフィンが極度に変形してしまう。これによって、内面溝付管(熱交換器)の伝熱性能が低下するという問題があった。 In addition, as an inner grooved tube in which a high-pressure refrigerant such as carbon dioxide gas is used, an inner grooved tube having a thick wall has begun to be used. In such an internally grooved tube, the bottom wall thickness of the tube becomes thick, and when the heat exchanger is manufactured, the expansion load of the internally grooved tube becomes excessive, and the fin on the inner surface of the tube is extremely deformed. As a result, there has been a problem that the heat transfer performance of the internally grooved tube (heat exchanger) decreases.
前記のような管内面のフィンの変形を解決するために、内面溝付管の溝形状を特定することが、特許文献1で提案されている。すなわち、特許文献1では、内面溝付管の内面に形成されるフィンの傾きを、管内面に対してほぼ垂直になるように、内面溝付管を製造している。
In order to solve the deformation of the fin on the inner surface of the pipe as described above, it is proposed in
また、内面溝付管の拡管方法を改善することが、特許文献2で提案されている。すなわち、特許文献2では、内面溝付管を拡管する際、予め内面溝付管の内部に管状のスペーサを挿入し、その内側から拡管用工具で内面溝付管を拡管している。
しかしながら、特許文献1では、拡管の際の過剰のフィン変形は防止できるものの、依然としてフィン変形が発生するという問題があった。また、特許文献2では、拡管作業毎に、内面溝付管の内部にスペーサを挿入および取り出す作業が必要となり、作業性が低下するという問題があった。その結果、量産作業には適せず、実用性がなかった。
However, although
そこで、本発明は、かかる問題を鑑みてなされたもので、内面溝付管の溝形状が高リード・ハイフィン・スリムフィン化および底肉厚が厚肉化されても、拡管によるフィン変形が抑制されると共に、伝熱性能が低下せず、かつ、拡管作業の作業性が低下しない内面溝付管の拡管用工具およびそれを使用した拡管方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and even if the groove shape of the inner surface grooved tube is changed to high lead, high fin, slim fin and the bottom wall thickness is increased, fin deformation due to expansion of the tube is suppressed. It is another object of the present invention to provide a tool for expanding an internally grooved tube and a method of expanding the pipe using the same, in which the heat transfer performance does not deteriorate and the workability of the pipe expanding operation does not deteriorate.
前記課題を解決するため、請求項1の発明は、熱交換器に使用される内面溝付管の内部に挿入し、前記内面溝付管の管軸方向に移動して、その内面溝付管を拡管率3%以上8%以下に拡管させる熱交換器用内面溝付管の拡管用工具であって、前記内面溝付管は、その内面に管軸方向に傾斜する方向に形成された多数の溝と、この溝間に形成されたフィンとを有する構成を備え、前記内面溝付管の管外径(D)は4mm以上10mm以下、前記溝の溝数は30以上100以下、前記溝と管軸とがなす溝リード角(θ)は10度以上50度以下、前記内面溝付管の管軸直交断面における内面溝付管の底肉厚(t)は0.2mm以上1.0mm以下、前記フィンのフィン高さ(h)は0.1mm以上であって前記底肉厚の1.2倍以下、フィン山頂角(δ)は5度以上45度以下、フィン根元半径(r)は前記フィン高さ(h)の20%以上50%以下であると共に、前記内面溝付管の内面に接触する円筒状の拡管ビュレットと、この拡管ビュレットの後端部に接続されたマンドレルとを備え、前記拡管ビュレットは、前記内面溝付管の内面と接触する曲面状の外周面を有し、前記外周面の半径(R)、前記内面溝付管の管外径(D)および管最小内径(d)を用いてα=R/(D/d)で計算される係数(α)が4.71以上15以下である熱交換器用内面溝付管の拡管用工具として構成したものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
このように構成すれば、内面溝付管内面と接触する外周面を特定することによって、内面溝付管の拡管において、拡管ビュレットと内面溝付管内面に形成されたフィンとの摩擦力が低減され、フィン変形が抑制されると共に、熱交換器のフィンプレートに隙間なく接合されるように内面溝付管が拡管し、しかも、フィンプレートに割れ等の不具合を発生させずに内面溝付管を拡管することができる。それによって、内面溝付管内に冷媒が供給された際に、内面溝付管内での冷媒の拡散が向上し、フィンプレートとの熱交換率も向上する。また、内面溝付管内面に形成される溝形状を特定することによって、内面溝付管の拡管における拡管ビュレットとフィンとの摩擦力がより一層低減され、フィン変形がより一層低減される。また、内面溝付管内に冷媒が供給された際に、内面溝付管内での冷媒の拡散がより一層向上する。 If comprised in this way, by identifying the outer peripheral surface which contacts an inner surface grooved tube inner surface, in the expansion of an inner surface grooved tube, the frictional force between the expanded burette and the fin formed on the inner surface grooved tube inner surface is reduced. The inner surface grooved tube is expanded so that the fin deformation is suppressed and the fin plate of the heat exchanger is joined without a gap, and the inner surface grooved tube does not cause a defect such as a crack in the fin plate. Can be expanded. Thereby, when the refrigerant is supplied into the inner grooved tube, the diffusion of the refrigerant in the inner grooved tube is improved, and the heat exchange rate with the fin plate is also improved. Further, by specifying the groove shape formed on the inner surface grooved tube inner surface, the frictional force between the expanded burette and the fin in the expansion of the inner surface grooved tube is further reduced, and the fin deformation is further reduced. Further, when the refrigerant is supplied into the inner grooved tube, the diffusion of the refrigerant in the inner grooved tube is further improved.
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の拡管用工具を使用して、熱交換器に使用され、多数の溝および溝間に形成されたフィンをその内面に有する内面溝付管を、拡管させる拡管方法であって、前記内面溝付管の管外径(D)の102%以上105%以下の貫通穴を有する板状のフィンプレートに前記内面溝付管を貫通させる第1工程と、貫通させた前記内面溝付管の内部に前記拡管用工具を挿入する第2工程と、挿入した前記拡管用工具を前記内面溝付管の管軸方向に移動して、前記内面溝付管を拡管する第3工程と、挿入した前記拡管用工具を拡管した前記内面溝付管の内部から取り出す第4工程とを含み、前記第4工程における拡管した前記内面溝付管のフィンのフィン高さは、前記第1工程における前記内面溝付管のフィンのフィン高さの90%以上である熱交換器用内面溝付管の拡管方法として構成したものである。
Further, the invention of
このように構成すれば、内面溝付管の拡管作業において、内面溝付管内へのスペーサ等の挿入および取り出し等の煩雑な作業工程を行うことなく、簡単な機械拡管方法で、かつ、簡単な構成の拡管用工具を使用して、内面溝付管内に形成されたフィンのフィン変形を抑制しながら、フィンプレートと隙間なく接合すると共に、フィンプレートの割れ等の不具合を発生させずに、内面溝付管が拡管される。 If comprised in this way, in an expansion work of an inner surface grooved pipe, it is a simple mechanical pipe expansion method, without performing complicated work processes, such as insertion and extraction of a spacer etc. in an inner surface grooved pipe, and simple. Using the tube expansion tool with the structure, while suppressing the fin deformation of the fin formed in the inner surface grooved tube, it joins with the fin plate without gaps, and does not cause defects such as cracking of the fin plate. The grooved tube is expanded.
このような本発明によれば、内面溝付管の溝形状が高リード・ハイフィン・スリムフィン化および底肉厚が厚肉化されても、拡管によるフィン変形が抑制されると共に、伝熱性能が低下しない、かつ、拡管作業の作業性が低下しない内面溝付管の拡管用工具およびそれを使用した拡管方法を提供することができる。 According to the present invention as described above, even if the groove shape of the internally grooved tube is changed to high lead, high fin, slim fin and the bottom wall thickness is increased, fin deformation due to tube expansion is suppressed and heat transfer performance is achieved. It is possible to provide a tool for expanding a grooved tube with an inner surface and a method of expanding the pipe using the same.
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図1(a)は拡管用工具の構成を示す斜視図、(b)は側面図、図2は内面溝付管の拡管方法を模式的に示す断面図、図3は内面溝付管の構成を示す管軸方向の断面図、図4(a)は図3のX−X線断面図、(b)は(a)の部分拡大図、図5はプレートフィンの構成を示す平面図、図6(a)は内面溝付管を組み込んだ熱交換器の一部破断正面図、(b)は(a)の熱交換器をUベンド管側から見た図、(c)は(a)の熱交換器をヘアピン管側から見た図、図7(a)は熱交換器の伝熱性能を測定する際に使用する吸引型風洞の模式図、(b)は(a)の吸引型風洞に冷媒を供給する冷媒供給装置の模式図である。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. 1A is a perspective view showing the configuration of a tube expanding tool, FIG. 1B is a side view, FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a method of expanding the inner grooved tube, and FIG. 3 is a configuration of the inner grooved tube. 4A is a sectional view taken along the line XX of FIG. 3, FIG. 4B is a partially enlarged view of FIG. 5A, and FIG. 5 is a plan view showing the configuration of the plate fins. 6 (a) is a partially broken front view of a heat exchanger incorporating an internally grooved tube, (b) is a view of the heat exchanger of (a) as viewed from the U-bend tube side, and (c) is (a). FIG. 7A is a schematic view of a suction type wind tunnel used when measuring the heat transfer performance of the heat exchanger, and FIG. 7B is a suction type of FIG. It is a schematic diagram of the refrigerant | coolant supply apparatus which supplies a refrigerant | coolant to a wind tunnel.
まず、本発明の拡管用工具について説明する。
1.拡管用工具
図2に示すように、拡管用工具20は、熱交換器に使用される内面溝付管1の内部に挿入し、内面溝付管1の管軸方向に移動して、その内面溝付管1を拡管率3%以上8%以下に拡管させるものである。ここで、拡管率(%)は[(拡管後の内面溝付管1の管外径D’−拡管前の内面溝付管1の管外径D)/拡管前の内面溝付管1の管外径D]×100で計算され、拡管率が3%未満であると内面溝付管1とフィンプレート11とが隙間なく接合されず、拡管率が8%を超えるとフィンプレート11に割れ等の不具合が生じ、いずれにおいても内面溝付管1とフィンプレート11との間の熱交換率が悪くなる。
First, the tube expansion tool of the present invention will be described.
1. 2. Tube expansion tool As shown in FIG. 2, the
そして、図1、図2に示すように、拡管用工具20は、内面溝付管1の内面に接触する円筒状の拡管ビュレット22と、この拡管ビュレット22の後端部に接続されたマンドレル21とを備える。
(拡管ビュレット)
拡管ビュレット22は、円筒状部材であって、超硬合金、ベアリング鋼またはステンレス鋼等から構成される。また、円筒状部材の大きさは以下のとおりである。直径A1は内面溝付管1の管最小内径dより小さく、直径A1が管最小内径d以上であると、内面溝付管1の拡管の際に、拡管ビュレット22を内面溝付管1内へ挿入しにくくなる(図4(a)参照)。また、直径A2は、内面溝付管1の拡管率、内面溝形状およびフィン3の変形度合いから適宜設定される。また、長さLは2mm以上20mm以下であって、長さLが2mm未満であると拡管ビュレット22の強度が不足し、長さLが20mmを超えると拡管作業のトラブルの原因になりやすい。そして、内面溝付管1の内面と接触する曲面上の外周面22aを有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
(Expanded burette)
The expanded
そして、外周面22aの半径R、図4(a)の前記内面溝付管1の管外径Dおよび管最小内径dを用いてα=R/(D/d)計算される係数αが3以上15以下である。係数αが前記範囲内であると、外周面22aと内面溝付管1内面のフィン3との摩擦力が低減され、後記するように、フィン変形率が10%以下となり、フィン3の変形が抑制される。
The coefficient α calculated by α = R / (D / d) is 3 using the radius R of the outer
ここで、係数αが3未満であると、内面溝付管1の管外径Dが急激に拡大し、拡管ビュレット22の外周面22aと内面溝付管1内面のフィン3との摩擦力が大きくなり、フィン3が大きく変形する(図8参照)。また、係数αが15を超えると、拡管ビュレット22の外周面22aとフィン3との摩擦力はほとんど低減されなくなり、フィン3の変形を抑制する効果がこれ以上向上しなくなる。さらに、内面溝付管1を拡管する際に、拡管ビュレット22の内面溝付管1内への挿入が困難になったり、拡管ビュレット22の長さLが長くなりすぎて、拡管作業のトラブルの原因になったりする。
Here, when the coefficient α is less than 3, the pipe outer diameter D of the inner surface grooved
(マンドレル)
マンドレル21は、その先端が拡管ビュレット22の後端部に接続され、末端は図示しない油圧装置または液圧装置に接続している。そして、拡管ビュレット22を内面溝付管1内に挿入する際のガイドであって、油圧装置または液圧装置の駆動により、拡管ビュレット22を内面溝付管1内の管軸方向に移動させる。また、マンドレル21は、径2mm以上8mm以下の棒状部材であって、超硬合金、ベアリング鋼またはステンレス鋼等から構成される。
(Mandrel)
The
また、拡管用工具20は、以下の内面溝形状を有する内面溝付管1と組み合わせて、使用することが好ましい。
Moreover, it is preferable to use the
(内面溝付管)
内面溝付管1は、エアコンおよび冷凍空調機器のプレートフィンチューブ型熱交換器に使用されることから、管の管外径Dは、4mm以上10mm以下のものが使用される。また、内面溝付管1の素管の材質としては、銅または銅合金などが使用され、例えばJISH3300に規定された合金番号C1220、C1201等のりん脱酸銅、またはC1020等の無酸素銅である。なお、内面溝付管1の内面溝形状の形成方法は、転造加工法、圧延法などがあるが、特に限定されるものではない。
(Inner grooved tube)
Since the inner
そして、内面溝付管1は、図3、図4に示すように、その内面に管軸方向に傾斜する方向に形成された多数の溝2と、この溝2間に形成されたフィン3とを有する構成を備え、溝2の溝数は30以上100以下、溝2と管軸とがなす溝リード角θは10度以上50度以下、内面溝付管1の管軸直交断面における内面溝付管1の底肉厚Tは0.2mm以上1.0mm以下、前記フィンのフィン高さhは0.1mm以上であって底肉厚Tの1.2倍以下、フィン山頂角δは5度以上45度以下、フィン根元半径rはフィン高さhの20%以上50%以下である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the inner surface grooved
次に、内面溝付管1の前記内面溝形状における数値限定について説明する。
(1)溝数:30以上100以下
溝数は、後記する内面溝形状の各諸元と組み合わせて、伝熱性能および単重等を考慮して、適宜決定されるものであるが、30以上100以下が好ましい。溝数が30未満であると溝成形性が悪くなりやすく、また、溝数が100を超えると溝付工具(溝付プラグ)の欠損が生じやすい。いずれも、内面溝付管1の量産性が低下しやすくなる。
Next, the numerical limitation in the inner surface groove shape of the inner surface grooved
(1) Number of grooves: 30 or more and 100 or less The number of grooves is determined as appropriate in consideration of heat transfer performance, unit weight, etc. in combination with each specification of the inner surface groove shape described later. 100 or less is preferable. If the number of grooves is less than 30, the groove formability tends to deteriorate, and if the number of grooves exceeds 100, the grooved tool (grooved plug) tends to be damaged. In either case, the mass productivity of the internally grooved
(2)溝リード角θ:10度以上50度以下
溝リード角θは、10度以上50度以下が好ましい。溝リード角θが10度未満であると、内面溝付管1(熱交換器)の伝熱性能が低下しやすい。また、溝リード角θが50度を超えると、内面溝付管1の量産性の確保および拡管によるフィン3の変形を抑制しにくくなる。
(3)底肉厚T:0.2mm以上1.0mm以下
底肉厚Tは0.2mm以上1.0mm以下が好ましい。底肉厚Tが前記範囲外であると、内面溝付管1の製造がしにくくなる。また、底肉厚Tが0.2mm未満であると、内面溝付管1の強度が低下しやすく、高圧冷媒としての炭酸ガス等を使用した際、耐圧力強度の保持が困難になりやすい。
(2) Groove lead angle θ: 10 degrees to 50 degrees The groove lead angle θ is preferably 10 degrees to 50 degrees. When the groove lead angle θ is less than 10 degrees, the heat transfer performance of the internally grooved tube 1 (heat exchanger) tends to be lowered. Further, when the groove lead angle θ exceeds 50 degrees, it becomes difficult to ensure the mass productivity of the internally grooved
(3) Bottom thickness T: 0.2 mm or more and 1.0 mm or less Bottom thickness T is preferably 0.2 mm or more and 1.0 mm or less. When the bottom wall thickness T is out of the above range, it becomes difficult to manufacture the inner
(4)フィン高さh:0.1mm以上(底肉厚T×1.2)mm以下
フィン高さhは、0.1mm以上(底肉厚T×1.2)mm以下が好ましい。フィン高さhが0.1mm未満であると、内面溝付管1(熱交換器)の伝熱性能が低下しやすい。また、フィン高さhが(底肉厚T×1.2)mmを超えると、内面溝付管1の量産性の確保および拡管によるフィン3の極度の変形を抑制しにくくなる。
(4) Fin height h: 0.1 mm or more (bottom thickness T × 1.2) mm or less The fin height h is preferably 0.1 mm or more (bottom thickness T × 1.2) mm or less. If the fin height h is less than 0.1 mm, the heat transfer performance of the internally grooved tube 1 (heat exchanger) tends to be lowered. Further, if the fin height h exceeds (bottom wall thickness T × 1.2) mm, it becomes difficult to ensure the mass productivity of the internally grooved
(5)山頂角δ:5度以上45度以下
山頂角δは、5度以上45度以下が好ましい。山頂角δが5度未満であると、内面溝付管1の量産性の確保および拡管によるフィン3の変形を抑制しにくくなる。また、山頂角δが45度を超えると、内面溝付管1(熱交換器)の伝熱性能の維持および内面溝付管1の単重が過大となりやすい。
(5) Summit angle δ: 5 degrees or more and 45 degrees or less The summit angle δ is preferably 5 degrees or more and 45 degrees or less. When the peak angle δ is less than 5 degrees, it becomes difficult to ensure the mass productivity of the internally grooved
(6)フィン根元半径r:フィン高さhの20%以上50%以下
フィン根元半径rは、フィン高さhの20%以上50%以下が好ましい。フィン根元半径rがフィン高さhの20%未満であると、拡管によるフィン傾きが過大となりやすく、かつ、量産性が低下しやすい。また、フィン根元半径rがフィン高さhの50%を超えると、冷媒気液界面の有効伝熱面積が減少しやすく、内面溝付管1(熱交換器)の伝熱性能が低下しやすい。
(6) Fin root radius r: 20% to 50% of fin height h The fin root radius r is preferably 20% to 50% of the fin height h. When the fin root radius r is less than 20% of the fin height h, the fin inclination due to the tube expansion tends to be excessive, and the mass productivity tends to decrease. Moreover, if the fin root radius r exceeds 50% of the fin height h, the effective heat transfer area of the refrigerant gas-liquid interface tends to decrease, and the heat transfer performance of the inner grooved tube 1 (heat exchanger) tends to deteriorate. .
(熱交換器)
次に、本発明の拡管用工具を使用して製造される熱交換器について説明する。図5、図6はプレートフィンチューブ型熱交換器10の好適な例である。図5、図6に示すように、熱交換器10は、互いに平行に所定の間隔(フィンピッチPb)で配置された薄板状の複数のフィンプレート11と、これらのフィンプレート11に設けられた複数の貫通穴11aに挿入され、フィンプレート11と直交するように接合されたU字状に所定幅(曲げピッチPa)で加工された複数の内面溝付管1と、これら内面溝付管1の両端部に接合し、内面溝付管1をフィンプレート11の長手方向に所定の間隔(段方向ピッチ:前記曲げピッチPaと同間隔)で複数段、および所定の間隔(列ピッチPc)で複数列に直列に連結するUベント管12とを備える。
(Heat exchanger)
Next, the heat exchanger manufactured using the tube expansion tool of the present invention will be described. 5 and 6 are preferable examples of the plate fin tube
また、フィンプレート11は、伝熱性能および軽量化を考慮して、アルミニウム(アルミニウム合金含む)または銅(銅合金含む)、好ましくはJISH4000に規定する1000系のアルミニウムからなり、その表面に多数の凹部11bが形成されている。この凹部11bの形成によって、フィンプレート11の表面積が増大し、伝熱性能が向上する。また、フィンプレート11に設けられた複数の貫通穴11aの外径は、内面溝付管1の管外径D(図4(a)参照)の102%以上105%以下である。貫通穴11aの外径が102%未満であると、内面溝付管1の接合の際の拡管によって、貫通穴11aの拡大率が過大となり、フィンプレート11に割れ等の不具合が生じる。また、105%を超えると、拡大率不足が生じる。いずれの場合も内面溝付管1とフィンプレート11の密着度が急激に減少し、熱交換器10の伝熱性能が低下する。
The
さらに、Uベント管12は、伝熱性能および軽量化を考慮して、アルミニウム(アルミニウク合金含む)または銅(銅合金含む)、好ましくはJISH4000に規定する1000系のアルミニウムからなる。
Further, the
2.拡管方法
次に、熱交換器の製造方法を説明することで、本発明の拡管方法について説明する。図2に示すように、以下の工程を含む。
(第1工程)
内面溝付管1の管外径(D)の102%以上105%以下の貫通穴11aを有する互いに平行に配置された複数のフィンプレート11に、あらかじめU字状に加工された複数の内面溝付管1を貫通させる。そして、図6(c)に示すように、内面溝付管1をフィンプレート11の長手方向に複数段、複数列に配置する。
(第2工程)
フィンプレート11に貫通し、複数段、複数列に配置された内面溝付管1の内部に拡管用工具20を挿入する。この作業は、図示しない油圧装置または液圧装置の駆動によって行う。
(第3工程)
挿入した拡管用工具20を内面溝付管1の管軸方向に移動して、内面溝付管1を拡管する。この作業によって、内面溝付管1が拡管率3%以上8%以下に拡管し、内面溝付管1とフィンプレート11が隙間なく接合される。
(第4工程)
図示しない油圧装置または液圧装置を駆動して、挿入した拡管用工具20を拡管した内面溝付管1の内部から取り出す。そして、フィンプレート11に接合された内面溝付管1の両端部に、図6(b)に示すように、Uベント管12を接合し、ろう付けすることによって、熱交換器10が製造される。
2. Tube expansion method Next, the tube expansion method of the present invention will be described by explaining a method for manufacturing a heat exchanger. As shown in FIG. 2, the following steps are included.
(First step)
A plurality of inner surface grooves processed in advance in a U-shape on a plurality of
(Second step)
The
(Third step)
The inserted
(4th process)
A hydraulic device or a hydraulic device (not shown) is driven to take out the inserted
そして、前記第2工程ないし第4工程における拡管用工具20が、前記した構成、すなわち、拡管ビュレット22の外周面22aの半径(R)、内面溝付管1の管外径Dおよび管最小内径dを用いてα=R/(D/d)で計算される係数αが3以上15以下であることによって(図1、図4参照)、図2に示すように、内面溝付管1の管外径Dが徐々に拡大され、拡管ビュレット22の外周面22aと内面溝付管1のフィン3との摩擦力が低減され、フィン3の変形が抑制される。その結果、前記第4工程における拡管した内面溝付管1のフィン高さは、前記第1工程における内面溝付管1のフィン高さの90%以上となる(フィン減少率10%以下)。
The
第4工程におけるフィン高さが、第1工程のフィン高さの90%未満であると、フィン3が著しく変形していることとなり、内面溝付管1に供給される冷媒の拡散が著しく阻害され、内面溝付管1(熱交換器10)の伝熱性能が著しく低下する。
If the fin height in the fourth step is less than 90% of the fin height in the first step, the
次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。
(第1の実施例)
図1に示す構成の拡管用ビュレットを超硬合金で作製し、本発明の請求範囲を満足する拡管用ビュレットを実施例1〜2とした。また、本発明の請求範囲を満足しない、すなわち、拡管用ビュレット22の外周面22aの半径Rが小さく、内面溝付管1の管外径D、管最小内径d(図1、図4(a)参照)とで計算される係数αが請求範囲の下限値未満の拡管用ビュレットを比較例1とした。各拡管用ビュレットの形状寸法を表2に示す。
Next, examples in which the effects of the present invention have been confirmed will be described.
(First embodiment)
The expansion burette having the configuration shown in FIG. 1 was made of cemented carbide, and the expansion burette satisfying the claims of the present invention was designated as Examples 1-2. Further, it does not satisfy the claims of the present invention, that is, the radius R of the outer
また、表1に示す溝形状(No.A)を有する内面溝付管1を作製した。内面溝付管1の作製方法は、先ず、JISH3300に規定された合金番号C1220のりん脱酸銅を溶解し、鋳造し、熱間押出し、冷間圧延し、冷間抽伸加工を施して素管を作製した。次に、前記素管に第1の縮径加工を施し、縮径された素管に前記内面溝形状の螺旋溝を形成しながら第2の縮径加工を施し、螺旋溝が形成された素管に第3の縮径加工を施して、管外径D7mmの内面溝付管1を作製した。
Further, an internally grooved
次に、前記内面溝付管1を各拡管用ビュレットで拡管し、図5および図6に示すプレートフィンチューブ型の熱交換器10を作製した。なお、熱交換器10の仕様は以下の通りとした。
(熱交換器10)
外形は、高さ250mm×長さ250mm×幅25.4mmとした。
(フィンプレート11)
JISH4000に規定された合金番号1N30のアルミニウムからなる板材で、板材の表面を樹脂で被覆したものである。また、フィンプレート11の厚さは100μm、貫通穴11aの穴径は7.3mmとした。そして、200枚のフィンプレート11をフィンピッチPb1.25mmで平行に配置した。
(内面溝付管1の配置)
内面溝付管1をU字状に加工し、フィンプレート11に設けられた貫通穴11aに挿入し、2列12段(曲げピッチPa21mm、列方向ピッチPc12.7mm)に配置した(有効伝熱管長は約6.7mであった)。
Next, the inner
(Heat exchanger 10)
The outer shape was 250 mm high × 250 mm long × 25.4 mm wide.
(Fin plate 11)
A plate material made of aluminum having an alloy number of 1N30 specified in JISH4000, and the surface of the plate material is coated with a resin. Further, the thickness of the
(Arrangement of inner grooved tube 1)
The inner
次に、この熱交換器10の内面溝付管1を用いて、内面溝付管1のフィン減少率を測定した。ここで、フィン減少率(%)は[((拡管後のフィン高さ)−(拡管前のフィン高さ))/(拡管前のフィン高さ)]×100で計算し、その結果を表2に示した。フィン減少率10%以下で、拡管後のフィン高さが、拡管前のフィン高さの90%以上となり、フィン変形が生じていないと判断した。
Next, the fin reduction rate of the inner surface grooved
そして、この熱交換器10を用いて伝熱性能(蒸発性能、凝縮性能)を測定し、その結果を表2に示した。ここで、蒸発性能および凝縮性能は、各々、総括熱伝達率を測定し、比較例1を「100」とした場合の比率で記載した。
And heat transfer performance (evaporation performance, condensation performance) was measured using this
また、図7(a)、(b)に伝熱性能を測定する測定装置の模式図を示す。図7(a)に示すように、測定装置は、恒温恒湿機能付きの吸引型風洞100、冷媒供給装置110(図7(b)参照)及び空調機(図示せず)からなる。この吸引型風洞100においては、空気流入口108から流入されて空気排出口109から排出される空気の流通経路に熱交換器10が配置され、この熱交換器10の上流側および下流側に夫々エアーサンプラ101、102が配置されている。このエアーサンプラ101、102には夫々温湿度計測箱103、104が連結されている。この温湿度計測箱103、104は夫々エアーサンプラ101、102により採取された空気の乾球温度および湿球温度を測定することにより、この空気の温度及び湿度を測定するものである。また、エアーサンプラ102の下流側には誘引ファン105が設けられ、空気排出口109に空気を排出している。また、熱交換器10とエアーサンプラ102との間、およびエアーサンプラ102と誘引ファン105との間には、熱交換器10を通過した空気を整流する整流器106、106が設けられている。
Moreover, the schematic diagram of the measuring apparatus which measures heat-transfer performance to Fig.7 (a), (b) is shown. As shown to Fig.7 (a), a measuring apparatus consists of the suction
また、図7(b)に冷媒供給装置110の模式図を示す。図7(b)において、107は冷媒配管、111はサイトグラス、112は液(冷媒)加熱および冷却用熱交換器、113はドライヤー、114は受液(冷媒)器、115は溶栓、116は凝縮器、117はオイルセパレータ、118はコンプレッサー、119はアキュームレータ、120は蒸発器、121は膨張弁、122は流量計である。そして、冷媒配管107を通じて、吸引型風洞100内に備えられた熱交換器10の内面溝付管1(図6参照)の内部に、圧力および温度を調節した冷媒が供給される。また、熱交換器10の入口及び出口には、冷媒の温度および圧力を測定する圧力計123(温度は測定圧力相当飽和温度とする)が設けられている。さらに、空調機(図示せず)は、吸引型風洞100の空気流入口108に温度および湿度が制御された空気を供給するものである。
Moreover, the schematic diagram of the refrigerant |
そして、測定条件は表3に示す通りとし、冷媒としてはR410Aを使用し、冷媒流量30kg/hとした。また、蒸発性能測定の際の冷媒の流れと、凝縮性能測定の際の冷媒の流れとは、互いに異なる方向とした(図7(b)に示す冷媒供給装置110の冷媒の流れ方向は、蒸発性能測定の際の冷媒の流れ方向を示している)。
The measurement conditions were as shown in Table 3, R410A was used as the refrigerant, and the refrigerant flow rate was 30 kg / h. In addition, the flow of the refrigerant at the time of measuring the evaporation performance and the flow of the refrigerant at the time of measuring the condensation performance are different from each other (the flow direction of the refrigerant in the
表2の結果より、本発明の実施例1〜2は、比較例1に比べて、フィン減少率および伝熱性能(蒸発性能および凝縮性能)が優れていることが確認された。 From the results in Table 2, it was confirmed that Examples 1-2 of the present invention were superior in fin reduction rate and heat transfer performance (evaporation performance and condensation performance) as compared with Comparative Example 1.
(第2の実施例)
第1の実施例と同様にして、本発明の請求範囲を満足する拡管用ビュレットを実施例3〜4とし、本発明の請求範囲を満足しない拡管用ビュレットを比較例2とした。各拡管用ビュレットの形状寸法を表4に示す。また、第1の実施例と同様にして、表1に示す溝形状(No.B)を有する内面溝付管1を作製した。
(Second embodiment)
Similarly to the first example, the expansion burette satisfying the claims of the present invention was designated as Examples 3 to 4, and the expansion burette satisfying the claims of the present invention was designated as Comparative Example 2. Table 4 shows the shape dimensions of each burette for tube expansion. Further, in the same manner as in the first example, an internally grooved
次に、第1の実施例と同様にして、熱交換器10を作製して、内面溝付管1のフィン減少率を測定した。また、熱交換器10を用いて吸引型風洞100(冷媒供給装置110)で伝熱性能(蒸発性能、凝縮性能)を測定した。その結果を表4に示した。ここで、蒸発性能および凝縮性能は、各々、総括熱伝達率を測定し、比較例2を「100」とした場合の比率で記載した。
Next, the
1 内面溝付管
10 熱交換器
20 拡管用工具
21 マンドレル
22 拡管ビュレット
22a 外周面
R 半径
D 管外径
d 管最小内径
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記内面溝付管は、その内面に管軸方向に傾斜する方向に形成された多数の溝と、この溝間に形成されたフィンとを有する構成を備え、前記内面溝付管の管外径(D)は4mm以上10mm以下、前記溝の溝数は30以上100以下、前記溝と管軸とがなす溝リード角(θ)は10度以上50度以下、前記内面溝付管の管軸直交断面における内面溝付管の底肉厚(T)は0.2mm以上1.0mm以下、前記フィンのフィン高さ(h)は0.1mm以上であって前記底肉厚の1.2倍以下、フィン山頂角(δ)は5度以上45度以下、フィン根元半径(r)は前記フィン高さ(h)の20%以上50%以下であると共に、
前記内面溝付管の内面に接触する円筒状の拡管ビュレットと、この拡管ビュレットの後端部に接続されたマンドレルとを備え、
前記拡管ビュレットは、前記内面溝付管の内面と接触する曲面状の外周面を有し、前記外周面の半径(R)、前記内面溝付管の管外径(D)および管最小内径(d)を用いてα=R/(D/d)で計算される係数(α)が4.71以上15以下であることを特徴とする熱交換器用内面溝付管の拡管用工具。 Heat exchange that is inserted into the inner grooved tube used in the heat exchanger and moves in the axial direction of the inner grooved tube to expand the inner grooved tube to a tube expansion rate of 3% to 8%. A tool for expanding a grooved pipe for internal use,
The inner surface grooved tube has a structure having a large number of grooves formed on the inner surface in a direction inclined in the tube axis direction, and fins formed between the grooves, and the tube outer diameter of the inner surface grooved tube (D) is 4 mm or more and 10 mm or less, the number of grooves of the groove is 30 or more and 100 or less, the groove lead angle (θ) formed by the groove and the tube axis is 10 degrees or more and 50 degrees or less, and the tube axis of the inner grooved tube The bottom wall thickness (T) of the internally grooved tube in the orthogonal cross section is 0.2 mm or more and 1.0 mm or less, and the fin height (h) of the fin is 0.1 mm or more and 1.2 times the bottom wall thickness. Hereinafter, the fin peak angle (δ) is not less than 5 degrees and not more than 45 degrees, the fin root radius (r) is not less than 20% and not more than 50% of the fin height (h),
A cylindrical tube expansion burette that contacts the inner surface of the inner grooved tube, and a mandrel connected to the rear end of the tube expansion burette,
The expanded burette has a curved outer peripheral surface that comes into contact with the inner surface of the inner grooved tube, the radius (R) of the outer peripheral surface, the outer diameter (D) of the inner grooved tube, and the minimum inner diameter of the tube ( A tube expansion tool for an internally grooved tube for a heat exchanger, wherein the coefficient (α) calculated by α = R / (D / d) using d) is 4.71 or more and 15 or less.
前記内面溝付管の管外径(D)の102%以上105%以下の貫通穴を有する板状のフィンプレートに前記内面溝付管を貫通させる第1工程と、
貫通させた前記内面溝付管の内部に前記拡管用工具を挿入する第2工程と、
挿入した前記拡管用工具を前記内面溝付管の管軸方向に移動して、前記内面溝付管を拡管する第3工程と、
挿入した前記拡管用工具を拡管した前記内面溝付管の内部から取り出す第4工程とを含み、
前記第4工程における拡管した前記内面溝付管のフィンのフィン高さは、前記第1工程における前記内面溝付管のフィンのフィン高さの90%以上であることを特徴とする熱交換器用内面溝付管の拡管方法。 A tube expansion method using the tube expansion tool according to claim 1 for expanding an internally grooved tube having a plurality of grooves and fins formed between the grooves used on a heat exchanger. ,
A first step of allowing the inner grooved tube to pass through a plate-like fin plate having a through hole of 102% or more and 105% or less of the outer diameter (D) of the inner grooved tube;
A second step of inserting the tube expansion tool into the inner grooved tube penetrated;
A third step of expanding the inner grooved tube by moving the inserted tube expanding tool in the tube axis direction of the inner grooved tube;
A fourth step of taking out the inserted tool for expanding the tube from the inside of the inner grooved tube expanded,
The fin height of the fin of the inner grooved tube expanded in the fourth step is 90% or more of the fin height of the fin of the inner grooved tube in the first step. Method of expanding inner grooved tube.
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